RO125586B1

RO125586B1 - Device for generating an ultrasound field in the liquids in vessels with narrow apertures

Info

Publication number: RO125586B1
Application number: ROA200800712A
Authority: RO
Inventors: Irinela Chilibon; Dan Savastru; Valeriu Savu
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Optoelectronică Inoe 2000
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2011-02-28
Also published as: RO125586A2

Abstract

The invention relates to a device for generating an ultrasound field in liquids, which is applied in the chemistry field for intensifying and accelerating the chemical reactions in solutions, for mixing solutions in vessels with narrow apertures and the like. According to the invention, the device is supplied from a 220 V network by means of a stabilized voltage rectifier (RED) furnishing a supply voltage (U2) to some integrated circuits (CI1 and CI2) and a voltage (U1) to a voltage step up transformer (TR1), the first integrated circuit (CI1) playing the role of an adjustable frequency pulse oscillator and furnishing at the output a signal which is applied to the second integrated circuit (CI2) which achieves a duty factor of 1:2, the signal furnished at the output being applied to a pre-amplifier which is carried out with a transistor (T1), then the signal is applied to a power amplifier which is carried out with another transistor (T2), in whose collector there is mounted the voltage step up transformer (TR1) in whose secondary there are produced the high voltage oscillations which supply an emitting piezoceramic transducer (TPU) which carries out the conversion of the electrical energy into mechanical energy as mechanical vibrations.

Description

Invenția se referă la un dispozitiv pentru generarea câmpului ultrasonic în lichide, destinat domeniului chimiei, pentru intensificarea și accelerarea reacțiilor chimice în soluții, mixarea soluțiilor aflate în recipiente cu orificii înguste, având un gabarit redus, creșterea randamentului nucleației, dezintegrarea și omogenizarea particulelor solide în lichide și îmbunătățirea distribuției cristaline a pulberilor rezultate în urma proceselor.The invention relates to a device for generating the ultrasonic field in liquids, intended for the field of chemistry, for intensifying and accelerating chemical reactions in solutions, mixing solutions in containers with narrow holes, having a small gauge, increasing nucleation efficiency, disintegrating and homogenizing solid particles in liquids and improving the crystalline distribution of the powders resulting from the processes.

Un alt document relevant din stadiul tehnicii, identificat în urma cercetării documentare, este cererea de brevet JP 2004275850, care prezintă un dispozitiv ultrasonic, care permite zdrobirea mecanică și sterilizarea microorganismelor și elementelor patogene în lichide, și trecerea acestora printr-un dispozitiv ultrasonic, utilizând o presiune de impact în timpul formării bulelor de aer în cavitație, generate de undele ultrasonice.Another relevant document of the prior art, identified from the documentary research, is the patent application JP 2004275850, which presents an ultrasonic device, which allows the mechanical crushing and sterilization of microorganisms and pathogenic elements in liquids, and their passage through an ultrasonic device, using an impact pressure during the formation of air bubbles in the cavitation, generated by the ultrasonic waves.

Dispozitivul este format dintr-o incintă de intrare și una de ieșire, care sunt separate de o porțiune de cameră, prin pori care reglează curgerea fluidului.The device consists of an inlet and an outlet, which are separated by a portion of the chamber, through pores that regulate the flow of fluid.

Problema pe care o rezolvă invenția este producerea și amplificarea câmpului ultrasonic de frecvență ridicată (45 kHz), cu un traductor piezoceramic emițător, cu frecvența de lucru înaltă și randament electroacustic ridicat, în lichide aflate în recipiente cu orificii înguste, utilizate în special în laboratoarele de chimie.The problem solved by the invention is the production and amplification of the high frequency (45 kHz) ultrasonic field, with a transmitting piezoceramic transducer, with high working frequency and high electroacoustic efficiency, in liquids in narrow-hole containers, used especially in laboratories of chemistry.

Dispozitivul pentru generarea câmpului ultrasonic în lichide, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The device for generating the ultrasonic field in liquids according to the invention has the following advantages:

- este robust, are dimensiuni reduse și este ușor manevrabil;- is robust, has small dimensions and is easy to handle;

- permite reglarea duratei de funcționare și a puterii electroacustice;- allows the adjustment of the operating life and the electroacoustic power;

- traductorul piezoceramic emițător are dimensiuni reduse, este prevăzut cu radiator metalic cu vârf ascuțit, care se introduce cu ușurință în recipiente de laborator având orificii înguste, iar elementul radiator produce intensificarea câmpului ultrasonic în soluții;- the transmitting piezoceramic transducer is small in size, it is provided with a sharp-tipped metal radiator, which is easily inserted into laboratory containers with narrow holes, and the radiator element produces the intensification of the ultrasonic field in solutions;

- traductorul piezoceramic emițător are frecvența de lucru înaltă (45 kHz) și randament electroacustic ridicat.- The transmitting piezo-ceramic transducer has high working frequency (45 kHz) and high electroacoustic efficiency.

Se dă un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1, care prezintă schema de principiu a generatorului de ultrasunete GUS, pentru alimentarea traductorului piezoceramic emițător de ultrasunete TPU.An exemplary embodiment of the invention is given in connection with FIG. 1, which presents the principle diagram of the GUS ultrasound generator, for powering the TPU ultrasonic piezoceramic transducer.

Dispozitivul pentru generarea câmpului ultrasonic în lichide, conform invenției, este alcătuit din următoarele blocuri funcționale: blocul redresor stabilizat de tensiune RED, blocul temporizator TEMP, oscilatorul de impulsuri, amplificatorul de tensiune înaltă și traductorul emițător TPU. Generatorul GUS este alimentat de la rețeaua de 220 V prin intermediul unui redresor stabilizat de tensiune RED, care furnizează o tensiune de alimentare a circuitelor integrate U2 și o tensiune U1, necesară alimentării transformatorului ridicător de tensiune din colectorul tranzistorului de putere T2, comandat de tranzistorul T1. în secundarul transformatorului TR1, se produc oscilații de înaltă tensiune, care alimentează traductorul electroacustic piezoceramic vibrator. Circuitul integrat CI1 are rol de oscilator de impulsuri cu frecvență reglabilă, prin intermediul potențiometrului P1 și condensatorul C1.The device for generating the ultrasonic field in liquids, according to the invention, is composed of the following functional blocks: the RED voltage stabilized rectifier block, the TEMP timer block, the pulse oscillator, the high voltage amplifier and the TPU emitter transducer. The GUS generator is powered from the 220 V grid via a RED voltage stabilized rectifier, which supplies a U2 integrated circuit supply voltage and a U1 voltage, required to supply the voltage lift transformer in the T2 power transistor collector, controlled by the transistor. T1. In the secondary of the TR1 transformer, high voltage oscillations occur, which supply the vibrating piezoceramic electroacoustic transducer. The integrated circuit CI1 has the role of pulse oscillator with adjustable frequency, through potentiometer P1 and capacitor C1.

Semnalul de la ieșire se aplică unui circuit integrat CI2, care realizează un factor de umplere de 1:2. Semnalul este aplicat unui preamplificator, cu tranzistorul T1, urmat de un amplificator de putere, realizat cu tranzistorul T2, în colectorul căruia se află transformatorul ridicător de tensiune TR1, iar valoarea înaltei tensiuni este dată de raportul de transformare n1:n2. Oscilațiile de înaltă tensiune se aplică traductorului piezoceramic emițător TPU, care realizează conversia energiei electrice în energie mecanică (vibrații mecanice). Reglarea tensiunii de alimentare a traductorului se face de la secundarul transformatorului TR1, prin selectarea prizelor 1, 2 sau 3, iar setarea timpului de lucru, de la modulul de temporizare TEMP, un LED de pe panoul generatorului semnalizează funcționarea aparatului.The output signal is applied to an integrated circuit CI2, which achieves a filling factor of 1: 2. The signal is applied to a preamplifier, with the transistor T1, followed by a power amplifier, made with the transistor T2, in the collector whose voltage transformer TR1 is located, and the value of the high voltage is given by the transformation ratio n1: n2. The high voltage oscillations are applied to the TPU emitting piezoceramic transducer, which performs the conversion of electrical energy into mechanical energy (mechanical vibration). The transducer supply voltage is regulated from the secondary of the TR1 transformer, by selecting the sockets 1, 2 or 3, and the working time setting, from the TEMP timer module, an LED on the generator panel signals the operation of the device.

RO 125586 Β1 în fig. 2 se prezintă modul de lucru al dispozitivului pentru generarea câmpului 1 ultrasonic în lichide, în care generatorul de ultrasunete GUS alimentează traductorul piezoceramic emițător TPU, care convertește semnalul electric în vibrații mecanice, iar acestea 3 sunt transmise în mediul lichid ML, aflat în recipientul REC. Blocul de comandă și temporizare MCT comandă pornirea și oprirea generatorului, realizează reglajul puterii de 5 lucru, iar LED-ul de pe panoul aparatului este aprins pe durata funcționării.RO 125586 Β1 in fig. 2 shows the working mode of the device for generating the ultrasonic field 1 in liquids, in which the GUS ultrasound generator supplies the TPU emitting piezoceramic transducer, which converts the electrical signal into mechanical vibrations, and these 3 are transmitted in the liquid medium ML, in the REC container. . The MCT control and timing block controls the generator start and stop, adjusts the power output of 5, and the LED on the device panel is lit during operation.

Traductorul piezoceramic emițător TPU este format din elemente piezoceramice 7 TOR, element radiator de ultrasunete RAD și element reflector REF, care sunt asamblate cu un șurub central S (fig. 3). 9The TPU transmitter piezoceramic transducer consists of 7 TOR piezoceramic elements, RAD ultrasonic radiator and REF reflector element, which are assembled with a central screw S (fig. 3). 9

Avantajele traductorului TPU față de traductoarele electroacustice cu elemente magnetostrictive constau în faptul că elementele piezoceramice îi asigură un gabarit mic, 11 greutate mică, putere ultrasonică mare și randament electroacustic ridicat.The advantages of the TPU transducer over the electroacoustic transducers with magnetostrictive elements consist in the fact that the piezoceramic elements provide a small gauge, 11 low weight, high ultrasonic power and high electroacoustic efficiency.

O prezentare sugestivă, privind dispozitivul pentru generarea câmpului ultrasonic în 13 lichide, se exemplifică în figurile de mai jos:A suggestive presentation regarding the device for generating the ultrasonic field in 13 liquids is exemplified in the figures below:

- fig. 1, schema de principiu a generatorului de ultrasunete GUS cu traductorul 15 piezoceramic emițător TPU;FIG. 1, the principle diagram of the GUS ultrasound generator with the TPU transmitter 15 piezo ceramic;

- fig. 2, modul de lucru al dispozitivului pentru generarea câmpului ultrasonic în 17 lichide, unde ML este mediul lichid, iar REC este recipientul;FIG. 2, the working mode of the device for generating the ultrasonic field in 17 liquids, where ML is the liquid medium, and REC is the container;

- fig. 3, secțiune în traductorul piezoceramic emițător TPU. 19FIG. 3, section in the TPU transmitter piezoceramic transmitter. 19

Claims

1. Device for generating the ultrasonic field in liquids in narrow-hole containers, characterized in that it consists of a pulse oscillator, a voltage-stabilized rectifier block (RED), which supplies a generator (GUS) and supplies a voltage of supply of integrated circuits, respectively, a voltage (U2) and a voltage (U1), necessary to supply the high voltage transformer through a collector of a power transistor (T2), controlled by a transistor (T1), and in a secondary one of a transformer (TR1), high voltage oscillations occur, which supply an emitting piezo-ceramic transducer (TPU), an integrated circuit (C11) that acts as a pulse oscillator with adjustable frequency, via a potentiometer (PI) and a capacitor (C1), the output signal is applied to an integrated circuit (CI2), which is applied to a preamplifier with a transistor (T1), followed by an amplifier d power is achieved with a transistor (T2), in which the collector is a voltage-transformer (TR1), the high-voltage oscillations being applied to a transmitting piezo-ceramic transducer (TPU), which performs the conversion of electrical energy into mechanical energy, and the adjustment the supply voltage of the transducer is made from a secondary of a transformer (TR1), by selecting the sockets (1, 2 or 3), the working time setting is made from a timer module (TEMP), and an LED on the the generator panel signals the operation of the device.

Device according to claim 1, characterized in that the transmitting piezo-ceramic transducer (TPU) is composed of piezoceramic elements (TOR), an ultrasonic radiator (RAD) and a reflecting element (REF), which are assembled with a screw ( S), having small dimensions, having a high working frequency, of about 45 kHz and allowing the increase of the ultrasonic power, as well as the intensification of the chemical reaction processes in solutions.